ES2946545T3 - Electric vehicle with energy regulation system - Google Patents
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- B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
- B32B5/18—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by features of a layer of foamed material
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
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- B60Y2200/00—Type of vehicle
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- B60Y2200/91—Electric vehicles
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- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D13/00—Electric heating systems
- F24D13/02—Electric heating systems solely using resistance heating, e.g. underfloor heating
- F24D13/022—Electric heating systems solely using resistance heating, e.g. underfloor heating resistances incorporated in construction elements
- F24D13/024—Electric heating systems solely using resistance heating, e.g. underfloor heating resistances incorporated in construction elements in walls, floors, ceilings
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D3/00—Hot-water central heating systems
- F24D3/12—Tube and panel arrangements for ceiling, wall, or underfloor heating
- F24D3/14—Tube and panel arrangements for ceiling, wall, or underfloor heating incorporated in a ceiling, wall or floor
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D3/00—Hot-water central heating systems
- F24D3/12—Tube and panel arrangements for ceiling, wall, or underfloor heating
- F24D3/16—Tube and panel arrangements for ceiling, wall, or underfloor heating mounted on, or adjacent to, a ceiling, wall or floor
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- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/003—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by using permeable mass, perforated or porous materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/06—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material
- F28F21/067—Details
- F28F21/068—Details for domestic or space-heating systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
- F28F2255/02—Flexible elements
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
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Abstract
Se proporciona un sistema de regulación de energía y un artículo regulado térmicamente para un espacio habitable o espacio interior de un vehículo que incluyen un elemento conductor térmico, como una o más láminas de un elemento de grafito flexible, en comunicación térmica con una fuente de energía térmica, como una fuente de calor o fuente fría. El miembro térmicamente conductor que tiene una superficie exterior adaptada para ser expuesta a un ocupante del vehículo o edificio. Un controlador está en comunicación operativa con una fuente de energía conectada en la fuente de calor o fuente de frío para regular la temperatura percibida por el ocupante variando la energía suministrada a la fuente de calor o fuente de frío. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)An energy regulation system and a thermally regulated article for a living space or interior space of a vehicle are provided that include a thermally conductive element, such as one or more sheets of a flexible graphite element, in thermal communication with a power source. thermal, such as a heat source or cold source. The thermally conductive member having an exterior surface adapted to be exposed to an occupant of the vehicle or building. A controller is in operative communication with a power source connected to the heat source or cold source to regulate the temperature perceived by the occupant by varying the power supplied to the heat source or cold source. (Automatic translation with Google Translate, without legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Vehículo eléctrico con sistema de regulación de energíaElectric vehicle with energy regulation system
Campo técnicotechnical field
La divulgación se refiere a un vehículo eléctrico que tiene un sistema de regulación de energía. La presente invención radica en el uso de grafito para el sistema de regulación de energía con el fin de usar el mismo en la regulación de la temperatura percibida por un ocupante del interior de un vehículo eléctrico. El sistema de regulación de energía incluye un artículo que tiene un elemento de conservación de energía en comunicación térmica con una fuente de energía térmica, funcionando la fuente de energía como una fuente de calor o como una fuente de frío, o como ambas. El sistema de regulación de energía también incluye un controlador en comunicación operativa con la fuente de energía térmica para controlar su funcionamiento en respuesta a información procedente de sensores.The disclosure relates to an electric vehicle having an energy regulation system. The present invention lies in the use of graphite for the energy regulation system in order to use it in regulating the temperature perceived by an occupant inside an electric vehicle. The energy regulation system includes an article having an energy conserving element in thermal communication with a thermal energy source, the energy source functioning as either a heat source or a cold source, or both. The power regulation system also includes a controller in operative communication with the thermal power source to control its operation in response to information from sensors.
AntecedentesBackground
Los vehículos eléctricos alimentados por batería utilizan el mismo sistema de batería para alimentar el motor de tracción eléctrica y para calentar la cabina del vehículo. Esto reduce la autonomía de conducción del vehículo. En ambientes extremadamente fríos, esto puede resultar en una pérdida de la autonomía de hasta un cincuenta (50) por ciento en un automóvil eléctrico alimentado por batería, según informes del Laboratorio Nacional de Argonne, consulte http://www.anl.gov/energy-systems/group/downloadable-dynamometer-database/electric-vehicles.Battery-powered electric vehicles use the same battery system to power the electric traction motor and to heat the vehicle's cabin. This reduces the driving range of the vehicle. In extremely cold environments, this can result in a range loss of up to fifty (50) percent in a battery-powered electric car, according to reports from the Argonne National Laboratory, see http://www.anl.gov/ energy-systems/group/downloadable-dynamometer-database/electric-vehicles.
El documento DE11 2014 005550 T5 describe un dispositivo de transferencia de calor que acopla un elemento de generación de calor con un elemento de radiación de calor y transfiere calor desde el elemento de generación de calor al elemento de radiación de calor. El dispositivo de transferencia de calor incluye un elemento compuesto y un conductor de calor. El elemento compuesto incluye múltiples nanotubos de carbono y múltiples fibras de carbono que se mezclan en un material base y con las que se forman complejos, y las respectivas fibras de carbono se entrecruzan entre sí mediante los nanotubos de carbono.DE11 2014 005550 T5 describes a heat transfer device which couples a heat generating element with a heat radiating element and transfers heat from the heat generating element to the heat radiating element. The heat transfer device includes a composite element and a heat conductor. The composite element includes multiple carbon nanotubes and multiple carbon fibers that are mixed in a base material and complexed, and the respective carbon fibers are interlinked with each other by the carbon nanotubes.
El documento DE 102012015375 A1 describe un componente que tiene un elemento calefactor de resistencia plano y una capa decorativa, que están laminados en un elemento portador. Una cinta de contacto, para proporcionar la conexión eléctrica, está conectada de manera positiva y no separable con una porción del elemento calefactor. DE 102012015375 A1 describes a component having a flat resistance heating element and a decorative layer, which are laminated to a carrier element. A contact tape, to provide the electrical connection, is nonremovably positively connected to a portion of the heating element.
El documento WO 2016/077843 A1 describe un dispositivo de calefacción y enfriamiento que comprende al menos una fuente integral de calefacción y enfriamiento de bajo voltaje y un medio de distribución de calor flexible y eficiente, que tiene una conductividad térmica de 375 a 4000 W/mK para distribuir el calor y el frío a través de una superficie. WO 2016/077843 A1 describes a heating and cooling device comprising at least one integral low voltage heating and cooling source and a flexible and efficient heat distribution medium, having a thermal conductivity of 375 to 4000 W/ mK to distribute heat and cold across a surface.
El documento US 2016/001632 A1, que divulga el preámbulo de la reivindicación 1, describe un calefactor laminar para automóvil que incluye una estructura apilada compuesta por una capa radiante de infrarrojo lejano, una capa metálica y una capa calefactora metálica con nanotubos de carbono que contiene alambres.Document US 2016/001632 A1, which discloses the preamble of claim 1, describes a sheet heater for automobiles that includes a stacked structure composed of a far-infrared radiant layer, a metallic layer, and a metallic heating layer with carbon nanotubes containing contains wires.
El documento US 2006/289000 A1 describe un aparato calefactor radiante que tiene un elemento calefactor eléctrico plano, una capa plana de difusión de calor, una capa de acabado, una capa de aislante térmico y un acoplamiento de energía eléctrica.US 2006/289000 A1 describes a radiant heating apparatus having a flat electric heating element, a flat heat diffusion layer, a finish layer, a heat insulating layer and an electrical power coupling.
Breve descripciónShort description
La presente invención se refiere a un vehículo eléctrico que tiene un sistema de regulación de energía para regular la energía de una fuente de energía térmica, que comprende un elemento termoconductor en comunicación térmica con la fuente de energía, comprendiendo el elemento una lámina de grafito flexible; un elemento de transferencia térmica en comunicación térmica con el elemento, teniendo el elemento de transferencia térmica una superficie exterior; un sensor de temperatura dispuesto cerca de al menos uno del elemento de transferencia térmica y el elemento; un controlador, en comunicación operativa con el sensor y la fuente de energía para controlar la aplicación de energía a la fuente de energía térmica en respuesta a una señal del sensor; y una fuente de alimentación de tipo batería en comunicación operativa con la fuente de energía térmica.The present invention relates to an electric vehicle that has an energy regulation system for regulating the energy of a thermal energy source, comprising a heat-conducting element in thermal communication with the energy source, the element comprising a flexible graphite sheet. ; a heat transfer element in thermal communication with the element, the heat transfer element having an outer surface; a temperature sensor arranged near at least one of the heat transfer element and the element; a controller, in operative communication with the sensor and the power source to control the application of power to the thermal power source in response to a signal from the sensor; and a battery-type power source in operative communication with the thermal power source.
Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings
La FIG. 1 es una vista esquemática de un recinto que puede incluir uno o más sistemas de gestión de energía; la FIG. 2 es una vista esquemática de una realización de un vehículo eléctrico de la presente invención, que incluye un sistema de gestión de energía (regulación de energía) descrito en el presente documento;The FIG. 1 is a schematic view of an enclosure that may include one or more power management systems; the FIG. 2 is a schematic view of an embodiment of an electric vehicle of the present invention, including a power management (power regulation) system described herein;
la FIG. 3 es una vista esquemática de una realización de los sistemas de gestión de energía descritos en el presente documento;the FIG. 3 is a schematic view of one embodiment of the power management systems described herein;
la FIG. 4 es una vista esquemática de una realización de los sistemas de gestión de energía descritos en el presente documento;the FIG. 4 is a schematic view of one embodiment of the power management systems described herein;
la FIG. 5 es una vista esquemática de una realización de los sistemas de gestión de energía descritos en el presente documento;the FIG. 5 is a schematic view of one embodiment of the power management systems described in the present document;
la FIG. 6 es una vista esquemática de una realización de los sistemas de gestión de energía descritos en el presente documento;the FIG. 6 is a schematic view of one embodiment of the power management systems described herein;
la FIG. 7 es una vista esquemática de una realización de los sistemas de gestión de energía descritos en el presente documento;the FIG. 7 is a schematic view of one embodiment of the power management systems described herein;
la FIG. 8 es una vista esquemática de una realización de los sistemas de gestión de energía descritos en el presente documento;the FIG. 8 is a schematic view of one embodiment of the power management systems described herein;
la FIG. 9 es una realización de un equipo de prueba usado en los ejemplos;the FIG. 9 is an embodiment of test equipment used in the examples;
la FIG. 10 es un gráfico de temperatura y potencia frente al tiempo para un sistema de prueba de control de referencia que no incluía un elemento termoconductor de conservación de energía;the FIG. 10 is a graph of temperature and power versus time for a reference control test system that did not include an energy conserving heat conducting element;
la FIG. 11 es un gráfico de temperatura y potencia frente al tiempo para el Ejemplo A descrito en el presente documento;the FIG. 11 is a graph of temperature and power versus time for Example A described herein;
la FIG. 12 es un gráfico de temperatura y potencia frente al tiempo para el Ejemplo B descrito en el presente documento;the FIG. 12 is a graph of temperature and power versus time for Example B described herein;
la FIG. 13 es un gráfico de temperatura y potencia frente al tiempo para el Ejemplo C descrito en el presente documento;the FIG. 13 is a graph of temperature and power versus time for Example C described herein;
la FIG. 14 es un gráfico de temperatura y potencia frente al tiempo para el Ejemplo D descrito en el presente documento; ythe FIG. 14 is a graph of temperature and power versus time for Example D described herein; and
la FIG. 15 es un gráfico de temperatura y potencia frente al tiempo para el Ejemplo D descrito en el presente documento.the FIG. 15 is a graph of temperature and power versus time for Example D described herein.
Descripción detallada de las realizacionesDetailed description of embodiments
Con referencia ahora a las FIGS. 1 y 2, se muestra con la referencia general 2 un sistema de regulación de energía para un espacio 4 cerrado ocupado por una persona o un animal (no mostrado), con ejemplos específicos descritos a continuación y denominados 2a, 2b y 2c. El sistema de regulación de energía 2 también puede denominarse sistema de regulación de temperatura para regular la temperatura de una superficie exterior 12 de un elemento de transferencia térmica 10 (mostrado en las FIGS. 3-7), en donde la superficie está expuesta a un ocupante del espacio 4. En lo que se refiere al sistema en su conjunto, pueden usarse indistintamente los términos "regular" y "gestionar". En las realizaciones ilustrativas descritas en el presente documento, se hace referencia a los elementos similares utilizando los mismos números de referencia.Referring now to FIGS. 1 and 2, an energy regulation system for an enclosed space 4 occupied by a person or an animal (not shown) is shown by general reference 2, with specific examples described below and designated 2a, 2b and 2c. The power regulation system 2 may also be called a temperature regulation system for regulating the temperature of an outer surface 12 of a heat transfer element 10 (shown in FIGS. 3-7), wherein the surface is exposed to a occupant of space 4. When referring to the system as a whole, the terms "regulate" and "manage" can be used interchangeably. In the illustrative embodiments described herein, similar elements are referred to using the same reference numerals.
De acuerdo con la presente invención, el sistema 2 es parte de un vehículo eléctrico. También se divulga el caso en el que el sistema está en un recinto tal como el interior de un espacio habitable 4a de un edificio, casa u otro tipo de vivienda 5 permanente o temporal, como se muestra en la FIG. 1, para regular la temperatura percibida por un ocupante del espacio en las proximidades de la superficie exterior 12. El elemento de transferencia térmica 10 puede ser un material de construcción, del cual algunos ejemplos pueden incluir, pero sin limitación, láminas de vinilo, azulejos de suelo, baldosas de cerámica, madera, hormigón, tableros de yeso, papel de pared, así como solados o materiales de respaldo utilizados junto con estos materiales de construcción.According to the present invention, the system 2 is part of an electric vehicle. The case in which the system is in an enclosure such as the interior of a habitable space 4a of a building, house or other type of permanent or temporary dwelling 5 is also disclosed, as shown in FIG. 1, to regulate the temperature felt by an occupant of the space in the vicinity of the exterior surface 12. The heat transfer element 10 may be a construction material, examples of which may include, but are not limited to, sheet vinyl, tile flooring, ceramic tile, wood, concrete, gypsum board, wallpaper, as well as flooring or backing materials used in conjunction with these building materials.
En uno o más ejemplos, el sistema 2 es un componente del vehículo 6 para regular la temperatura percibida por un ocupante del interior 4b de vehículo, como se muestra en la FIG. 2. El vehículo 6 puede ser cualquier tipo de vehículo apto para el transporte de personas, animales o artículos sensibles a la temperatura tales como, pero sin limitación, frutas, hortalizas, fluidos, sólidos, etc. Algunos ejemplos del componente 2 de vehículo pueden incluir, pero sin limitación, un asiento, una cubierta de asiento, una alfombrilla, tejido de alfombrilla, un panel de puerta, un agarrador, una pieza de acabado interior, una pieza de tablero de instrumentos, un reposabrazos, un reposacabezas, un volante, revestimiento u otro componente de techo, un panel de tablero de suelo, paredes de un durmiente de semirremolque, un colchón, una o más superficies interiores de una sección de carga de un vehículo, u otra superficie periférica. In one or more examples, system 2 is a component of vehicle 6 for regulating the temperature felt by an occupant of vehicle interior 4b, as shown in FIG. 2. The vehicle 6 can be any type of vehicle suitable for transporting people, animals or items sensitive to temperature such as, but not limited to, fruits, vegetables, fluids, solids, etc. Some examples of vehicle component 2 may include, but are not limited to, a seat, seat cover, floor mat, floor mat fabric, door panel, grab handle, interior trim part, dashboard part, an armrest, a headrest, a steering wheel, trim or other roof component, a floorboard panel, walls of a semi-trailer sleeper, a mattress, one or more interior surfaces of a cargo section of a vehicle, or other surface peripheral.
El vehículo 6 es un vehículo eléctrico ("VE").Vehicle 6 is an electric vehicle ("EV").
Con referencia ahora a la FIG. 3, se muestra con la referencia general 2a un ejemplo del sistema 2. El sistema 2a de regulación de energía incluye un elemento de transferencia térmica 10 que tiene una superficie exterior 12 adaptada para quedar orientada hacia el interior 4, p. ej., el interior 4b del vehículo 6. La superficie 12 estará en comunicación térmica con el ocupante de manera que el ocupante esté expuesto a los efectos de regulación térmica del sistema 2a. Otros ejemplos de materiales usados para el elemento 10 pueden incluir, pero sin limitación, tela, cuero, plástico, polímero y moqueta para su uso en un vehículo.Referring now to FIG. 3, an example of system 2 is shown by general reference 2a. The power regulation system 2a includes a heat transfer element 10 having an outer surface 12 adapted to face inwardly 4, eg . eg, the interior 4b of the vehicle 6. The surface 12 will be in thermal communication with the occupant such that the occupant is exposed to the thermal regulation effects of the system 2a. Other examples of materials used for element 10 may include, but are not limited to, fabric, leather, plastic, polymer, and carpeting for use in a vehicle.
El sistema 2a incluye un elemento termoconductor 14 de conservación de energía, para dispersar energía del sistema de manera efectiva para calentar o enfriar el elemento de transferencia térmica 10. El elemento 14 actúa como un elemento regulador de energía térmica en el sistema 2. El elemento 14 incluye una o más láminas de grafito que se describen con mayor detalle a continuación. Como se muestra en el ejemplo del sistema 2a, el elemento 14 se dispone junto al elemento 10, enfrente de la superficie 12. Además de los efectos de regulación térmica descritos en el presente documento, el elemento 14 puede proporcionar una mejor amortiguación del sonido en comparación con los componentes de vehículos convencionales. The system 2a includes an energy conserving heat conducting element 14, to disperse energy from the system effectively to heat or cool the heat transfer element 10. The element 14 acts as a thermal energy regulating element in the system 2. The element 14 includes one or more sheets of graphite which are described in more detail below. As shown in the system example 2a, element 14 is arranged next to element 10, opposite surface 12. In addition to the thermal regulation effects described herein, element 14 can provide better sound damping in compared to conventional vehicle components.
El elemento 14 es una lámina de grafito flexible. La lámina flexible puede ser de partículas comprimidas de grafito exfoliado. En uno o más otros ejemplos, el elemento 14 puede ser de grafito sintético, formado a partir de una lámina de polímero grafitado. En tales realizaciones, el elemento 14 de grafito sintético es una lámina de grafito flexible de polímero grafitado (también conocido como grafito sintético). En otro ejemplo, la una o más láminas 14 de grafito flexible incluyen partículas comprimidas de grafito exfoliado (también conocido como grafito expandido) y polímero grafitado (también conocido como grafito sintético). En otro ejemplo, las láminas 14 de grafito flexible incluyen tanto láminas de partículas comprimidas de grafito exfoliado (también conocido como grafito expandido) como láminas de polímero grafitado (también conocido como grafito sintético). El hecho de que el elemento 14 esté compuesto de grafito flexible permitirá ventajosamente la adecuación con la fuente de energía, y también supondrá una baja resistencia de contacto con la fuente de energía durante la comunicación térmica con la misma. Tal y como se usa en el presente documento, dos objetos están en comunicación térmica cuando puede transferirse calor de un objeto al otro. En un ejemplo, los dos objetos están separados de tal manera que el calor se transfiera de un objeto al otro mediante radiación y/o convección (mediante corrientes de aire circundantes) y/o conducción. En otro ejemplo, los dos objetos están dispuestos en contacto físico entre sí.Element 14 is a flexible graphite sheet. The flexible sheet may be made of compressed exfoliated graphite particles. In one or more other examples, element 14 may be synthetic graphite, formed from a sheet of graphitized polymer. In such embodiments, the synthetic graphite element 14 is a flexible graphite sheet of graphitized polymer (also known as synthetic graphite). In another example, the one or more sheets 14 of flexible graphite include compressed particles of exfoliated graphite (also known as expanded graphite) and graphitized polymer (also known as synthetic graphite). In another example, the sheets 14 of flexible graphite include both sheets of compressed exfoliated graphite particles (also known as expanded graphite) and sheets of graphitized polymer (also known as synthetic graphite). The fact that the element 14 is composed of flexible graphite will advantageously allow matching with the power source, and will also mean a low contact resistance with the power source during thermal communication with it. As used herein, two objects are in thermal communication when heat can be transferred from one object to the other. In one example, the two objects are separated in such a way that heat is transferred from one object to the other by radiation and/or convection (via surrounding air currents) and/or conduction. In another example, the two objects are arranged in physical contact with each other.
En al menos un ejemplo, la lámina 14 de grafito flexible tiene un espesor comprendido entre aproximadamente 0,001 mm y aproximadamente 1,0 mm. En otro ejemplo, la lámina de grafito flexible tiene un espesor comprendido entre aproximadamente 0,025 mm y aproximadamente 0,5 mm. En otro ejemplo, la lámina de grafito flexible tiene un espesor comprendido entre aproximadamente 0,05 mm y aproximadamente 0,250 mm. En otro ejemplo, la lámina de grafito flexible tiene un espesor comprendido entre aproximadamente 0,05 mm y aproximadamente 0,150 mm. En otro ejemplo, la lámina de grafito flexible tiene un espesor comprendido entre aproximadamente 0,07 mm y aproximadamente 0,125 mm.In at least one example, the flexible graphite sheet 14 has a thickness between about 0.001 mm and about 1.0 mm. In another example, the flexible graphite sheet has a thickness between about 0.025 mm and about 0.5 mm. In another example, the flexible graphite sheet has a thickness between about 0.05 mm and about 0.250 mm. In another example, the flexible graphite sheet has a thickness between about 0.05 mm and about 0.150 mm. In another example, the flexible graphite sheet has a thickness between about 0.07 mm and about 0.125 mm.
En una realización particular, la lámina 14 de grafito flexible está sustancialmente libre de resina, en donde libre de resina quiere decir un nivel por debajo de los límites de detección convencionales. En otros ejemplos, la lámina de grafito flexible tiene menos de un 1 % en peso de resina. En al menos un ejemplo particular, la lámina 14 de grafito flexible no está impregnada de resina, p. ej., no está impregnada con epoxi.In a particular embodiment, the flexible graphite sheet 14 is substantially resin-free, where resin-free means a level below conventional detection limits. In other examples, the flexible graphite sheet has less than 1% by weight of resin. In at least one particular example, the flexible graphite sheet 14 is not impregnated with resin, e.g. e.g., it is not impregnated with epoxy.
En un ejemplo, el elemento 14 tiene una conductividad térmica en el plano de al menos aproximadamente 140 W/m*K. En otro ejemplo, el elemento tiene una conductividad térmica en el plano de al menos aproximadamente 250 W/m*K. En otro ejemplo, el elemento tiene una conductividad térmica en el plano de al menos aproximadamente 400 W/m*K. Si fuera necesario, un extremo superior para la conductividad térmica en el plano del elemento puede comprender hasta 2000 W/mK.In one example, element 14 has an in-plane thermal conductivity of at least about 140 W/m*K. In another example, the element has an in-plane thermal conductivity of at least about 250 W/m*K. In another example, the element has an in-plane thermal conductivity of at least about 400 W/m*K. If necessary, an upper end for thermal conductivity in the plane of the element can be up to 2000 W/mK.
La lámina 14 de grafito flexible puede tener una cantidad relativamente pequeña de aglutinante, o no tener aglutinante. En al menos un ejemplo, la lámina 14 de grafito flexible puede tener menos de un 10 % en peso de aglutinante. En otro ejemplo, la lámina 14 de grafito flexible puede tener menos de un 5 % en peso de aglutinante. En al menos uno, la lámina 14 de grafito flexible está sustancialmente libre de aglutinante, en donde libre de aglutinante quiere decir un nivel por debajo de los límites de detección convencionales.The flexible graphite sheet 14 may have a relatively small amount of binder, or no binder. In at least one example, the flexible graphite sheet 14 may have less than 10% by weight of binder. In another example, the flexible graphite sheet 14 may have less than 5% by weight of binder. In at least one, the flexible graphite sheet 14 is substantially binder-free, where binder-free means a level below conventional detection limits.
La lámina 14 de grafito flexible puede tener una cantidad relativamente pequeña de refuerzo, o no tener refuerzo. Refuerzo se define como una fase sólida, continua o discontinua, presente dentro de la matriz de grafito continua. Algunos ejemplos de refuerzo incluyen fibras de carbono, fibras de vidrio fibras plásticas y fibras metálicas. En al menos un ejemplo, la lámina 14 de grafito flexible puede tener menos de un 50 % en peso de refuerzo. En otro ejemplo, la lámina 14 de grafito flexible puede tener menos de un 5 % en peso de refuerzo. En al menos un ejemplo particular, la lámina 14 de grafito flexible puede estar sustancialmente libre de refuerzo, en donde libre de refuerzo quiere decir un nivel por debajo de los límites de detección convencionales.The flexible graphite sheet 14 may have a relatively small amount of reinforcement, or no reinforcement. Reinforcement is defined as a solid phase, continuous or discontinuous, present within the continuous graphite matrix. Some examples of reinforcement include carbon fibers, glass fibers, plastic fibers, and metal fibers. In at least one example, the flexible graphite sheet 14 may have less than 50% by weight reinforcement. In another example, the flexible graphite sheet 14 may have less than 5% by weight of reinforcement. In at least one particular example, the flexible graphite sheet 14 may be substantially free of reinforcement, where free of reinforcement means a level below conventional detection limits.
Los precursores del elemento 14 formado a partir de grafito sintético pueden ser una película de polímero a seleccionar de entre polifenilenooxadiazoles (POD), polibenzotiazol (PBT), polibenzobistiazol (PBBT), polibenzooxazol (PBO), polibenzobisoxazol (PBBO), poli(piromelitimida) (PI), poli(fenilenisoftalamida) (PPA), poli(fenilenbenzoimidazol) (PBI), poli(fenilenbenzobisimidazol) (PPBI), politiazol (PT) y poli(para-fenilenvinileno) (PPV). Los polifenilenooxadiazoles incluyen polifenileno-1, 3, 4-oxadiazol e isómeros de los mismos. Estos polímeros son capaces de convertirse en grafito de buena calidad cuando se tratan térmicamente de manera apropiada. Aunque se ha mencionado que el polímero para la película inicial se selecciona de entre POD, PBT, PBBT, p Bo , PBBO, P i, PPA, PBI, PPBI, PT y PPV, también se pueden usar otros polímeros que puedan producir grafito de buena calidad mediante tratamiento térmico. The precursors of element 14 formed from synthetic graphite can be a polymer film selected from polyphenyleneoxadiazoles (POD), polybenzothiazole (PBT), polybenzobisthiazole (PBBT), polybenzooxazole (PBO), polybenzobisoxazole (PBBO), poly(pyromellithimide) (PI), poly(phenyleneisophthalamide) (PPA), poly(phenylenebenzoimidazole) (PBI), poly(phenylenebenzobisimidazole) (PPBI), polythiazole (PT) and poly(para-phenylenevinylene) (PPV). Polyphenyleneoxadiazoles include polyphenylene-1,3,4-oxadiazole and isomers thereof. These polymers are capable of conversion to good quality graphite when properly heat treated. Although it has been mentioned that the polymer for the initial film is selected from among POD, PBT, PBBT, p B o , PBBO, P i , PPA, PBI, PPBI, PT and PPV, other polymers that can produce graphite can also be used. good quality by heat treatment.
El sistema 2a puede incluir una fuente de energía térmica, tal como, pero sin limitación, una fuente de calor 16 dispuesta en comunicación térmica con el elemento 14. La fuente de calor 16 puede incluir un calefactor de resistencia, siendo un ejemplo no limitativo un alambre calentado. En un ejemplo, la fuente de calor 16 está incrustada en un tejido 17, tal como una tela no tejida, siendo un ejemplo no limitativo un fieltro. La tela no tejida 17 puede proporcionar propiedades aislantes. La fuente de calor 16 también puede incluir calor residual que se recupere de una fuente disponible de energía térmica residual y se transporte al elemento 14. Las fuentes disponibles de energía térmica residual en un vehículo incluyen baterías, condensadores, células de combustible, motores eléctricos, inversores y otros dispositivos electrónicos de potencia, y motores de combustión interna. Algunos métodos para transportar energía térmica desde la fuente de energía térmica a la fuente de calor 16 incluyen, pero sin limitación, la conducción a través de un material de alta conductividad térmica (tal como aluminio, grafito o cobre) y la convección natural o forzada a través de un fluido (tal como aire, refrigerante, agua o un enfriador).System 2a may include a source of thermal energy, such as, but not limited to, a heat source 16 arranged in thermal communication with element 14. Heat source 16 may include a resistance heater, a non-limiting example being a heated wire. In one example, the heat source 16 is embedded in a fabric 17, such as a non-woven fabric, a non-limiting example being felt. The nonwoven fabric 17 can provide insulating properties. Heat source 16 may also include waste heat that is recovered from an available source of waste thermal energy and transported to element 14. Available sources of waste thermal energy in a vehicle include batteries, capacitors, fuel cells, electric motors, inverters and other power electronic devices, and internal combustion engines. Some methods of transporting thermal energy from the thermal energy source to the heat source 16 include, but are not limited to, conduction. through a material of high thermal conductivity (such as aluminium, graphite or copper) and natural or forced convection through a fluid (such as air, refrigerant, water or a cooler).
La fuente de calor 16 puede opcionalmente reemplazarse o complementarse calentando el elemento 14 de forma inalámbrica por inducción. Tal calentamiento inalámbrico podría estar respaldado por campos magnéticos convertidos a partir de energía cinética transformada a partir del proceso de conducción. Como alternativa, los campos de inducción magnética se pueden forzar utilizando otras fuentes de energía a bordo, tal como la batería o los sistemas de frenado regenerativo, para generar campos magnéticos en fuentes puntuales a través de bobinas de inducción ubicadas junto al elemento 14. En tales casos de calefacción inductiva, el grafito es el material preferido debido a su capacidad para acoplarse inductivamente con los campos magnéticos para generar calor, y además se aprovechan sus mejores capacidades de distribución de energía para transferir eficientemente la energía térmica, a través de una superficie distribuida más uniformemente, desde el suceso de acoplamiento localizado.Heat source 16 can optionally be replaced or supplemented by heating element 14 wirelessly by induction. Such wireless heating could be supported by magnetic fields converted from kinetic energy transformed from the conduction process. Alternatively, magnetic induction fields can be forced using other onboard power sources, such as the battery or regenerative braking systems, to generate magnetic fields at point sources via induction coils located next to element 14. In In such cases of inductive heating, graphite is the preferred material due to its ability to couple inductively with magnetic fields to generate heat, and its better power distribution capabilities are harnessed to efficiently transfer heat energy, across a surface. more evenly distributed, from the localized coupling event.
Otros ejemplos de fuente de calor 16 pueden incluir, pero sin limitación, calefactores PTC, gas natural u otras fuentes de calor puntuales combustibles. La fuente de calor 16 puede ser una de las fuentes que resultan particularmente útiles en artículos de regulación térmica usados en edificios. Las fuentes de calor pueden incluir un fluido de calefacción (p. ej., agua, un fluido de agua y glicol), o un dispositivo de calor residual.Other examples of heat source 16 may include, but are not limited to, PTC heaters, natural gas, or other combustible point heat sources. The heat source 16 may be one of the sources that is particularly useful in thermal regulating articles used in buildings. Heat sources may include a heating fluid (eg, water, a water-glycol fluid), or a waste heat device.
En el ejemplo mostrado en la FIG. 3, el sistema 2a incluye un aislante 18 dispuesto junto a la fuente de calor 16, de manera que la fuente de calor está dispuesta entre el elemento 14 y el aislante 18. Algunos ejemplos del aislante 18 pueden incluir, pero sin limitación, fibra de vidrio, poliuretano y corcho. En algunos ejemplos no limitantes, el aislante 18 es un elemento opcional.In the example shown in FIG. 3, system 2a includes insulation 18 disposed adjacent to heat source 16, such that the heat source is disposed between element 14 and insulation 18. Some examples of insulation 18 may include, but are not limited to, fiberglass. glass, polyurethane and cork. In some non-limiting examples, the insulator 18 is an optional element.
El sistema 2a se puede asegurar a una superficie 22 de una capa base 20 que se incluye como parte del vehículo 6. En ejemplos del sistema 2, la capa base 20 puede incluir metal u otro material que forme parte del vehículo.System 2a may be secured to a surface 22 of a base layer 20 that is included as part of the vehicle 6. In examples of system 2, the base layer 20 may include metal or other material that forms part of the vehicle.
Una fuente de alimentación 24 está conectada operativamente a la fuente de calor 16 para proporcionar energía para calentar la fuente de calor. En un ejemplo no limitante, la fuente de alimentación 24 es una batería que proporciona energía eléctrica al calefactor 16 de resistencia. Un controlador 30 está conectado operativamente a la fuente de alimentación 24 para controlar el suministro de energía a la fuente de calor 16 para proporcionar la regulación térmica. El controlador 30 puede usar información de uno o más sensores 40 para controlar la aplicación de energía desde la fuente de alimentación 24 a la fuente de calor 16. En un ejemplo no limitante, un sensor térmico 40, también conocido como sensor de temperatura, puede estar dispuesto en la superficie 12 para detectar la temperatura en la misma, comunicando la información de temperatura al controlador 30 de cualquier manera adecuada. En uno o más otros ejemplos, el uno o más sensores 40 podrían estar ubicados en el elemento 14. El sensor 40 puede estar ubicado alrededor del elemento 14 o el elemento de transferencia térmica 10. En el presente documento, el término "alrededor" se utiliza para indicar que el sensor puede estar en el interior o exterior del componente particular. En uno o más otros ejemplos, se pueden ubicar uno o más sensores adicionales en cualquier ubicación fuera del espacio 4. Estos sensores exteriores podrían usarse para anticipar cambios en el ambiente externo que pudieran afectar a la comodidad en el interior.A power source 24 is operatively connected to heat source 16 to provide power to heat the heat source. In a non-limiting example, power source 24 is a battery that provides electrical power to resistance heater 16. A controller 30 is operatively connected to power source 24 to control the supply of power to heat source 16 to provide thermal regulation. Controller 30 may use information from one or more sensors 40 to control the application of power from power source 24 to heat source 16. In one non-limiting example, a thermal sensor 40, also known as a temperature sensor, may being arranged on the surface 12 to sense the temperature thereon, communicating the temperature information to the controller 30 in any suitable manner. In one or more other examples, the one or more sensors 40 could be located on element 14. Sensor 40 may be located around element 14 or heat transfer element 10. As used herein, the term "around" is used to indicate that the sensor may be inside or outside of the particular component. In one or more other examples, one or more additional sensors may be located at any location outside of space 4. These exterior sensors could be used to anticipate changes in the external environment that might affect indoor comfort.
El controlador 30 puede ser un controlador proporcional-integral-diferencial ("PID") que utiliza un mecanismo de retroalimentación de bucle de control para controlar la aplicación de energía, regulando así la temperatura que siente la persona, animal u objeto situado en el espacio 4 o 4'. El uso de un elemento 14 de grafito en combinación con el controlador PID 30 aumenta la sensibilidad térmica del sistema 2 de regulación de temperatura, mejorando así la sensibilidad y la capacidad de respuesta del controlador para ofrecer una temperatura más estable con una variación reducida, como lo demuestra un control más estricto de la temperatura objetivo media, una desviación estándar reducida de la temperatura objetivo, un intervalo reducido alrededor de la temperatura objetivo, etc. Esto tendrá el efecto de que no se excederán los objetivos de temperatura, lo que a su vez promueve tanto homogeneidad térmica muy mejorada como eficiencia energética.Controller 30 may be a proportional-integral-differential ("PID") controller that uses a control loop feedback mechanism to control the application of power, thereby regulating the temperature felt by the person, animal, or object in the space. 4 or 4'. The use of a graphite element 14 in combination with the PID controller 30 increases the thermal sensitivity of the temperature regulation system 2, thus improving the sensitivity and responsiveness of the controller to deliver a more stable temperature with reduced variation, such as This is demonstrated by tighter control of the mean target temperature, a reduced standard deviation of the target temperature, a reduced range around the target temperature, etc. This will have the effect that temperature targets will not be exceeded, which in turn promotes both greatly improved thermal homogeneity and energy efficiency.
Con referencia ahora a la FIG. 4, un ejemplo del sistema 2b incluye una fuente de calor 16 dispuesta junto al elemento 10 en oposición a la superficie 12. El sistema 2b también incluye un elemento termoconductor 14 que conserva la energía, opcionalmente formado con grafito, como se ha descrito anteriormente, dispuesto junto a la fuente de calor 16 y un aislante 18 opcional (como se ha descrito anteriormente) dispuesto junto al elemento 14. El aislante 18 está dispuesto junto a la capa base 20 descrita anteriormente. Como alternativa, si no se utiliza el aislante 18, el elemento se dispone junto a la capa base 20.Referring now to FIG. 4, an example of system 2b includes a heat source 16 arranged adjacent element 10 opposite surface 12. System 2b also includes an energy-conserving heat-conducting element 14, optionally formed from graphite, as described above, disposed adjacent to heat source 16 and an optional insulator 18 (as described above) disposed adjacent to element 14. Insulator 18 is disposed adjacent to base layer 20 described above. Alternatively, if the insulator 18 is not used, the element is arranged next to the base layer 20.
Con referencia ahora a la FIG. 5, un ejemplo del sistema 2c de regulación térmica incluye el elemento 14 dispuesto junto al elemento 10 en el lado opuesto de la superficie 12. El sistema 2c también incluye una fuente de calor 16 dispuesta junto al regulador 14 y un segundo elemento 14 dispuesto junto a la fuente de calor 16, de modo que la fuente de calor queda intercalada entre el primer y segundo elementos. Un aislante 18 opcional (como se ha descrito anteriormente) está dispuesto junto al segundo elemento 14. El aislante 18 también está dispuesto junto a la capa base 20 descrita anteriormente. Como alternativa, si no se utiliza el aislante, el segundo elemento 14 se dispone junto a la capa base 20. En uno o más ejemplos del sistema 2c de regulación térmica, la fuente de calor 16 se proporciona separada y aparte del sistema 2c de regulación térmica. Referring now to FIG. 5, an example of thermal regulation system 2c includes element 14 arranged next to element 10 on the opposite side of surface 12. System 2c also includes a heat source 16 arranged next to regulator 14 and a second element 14 arranged next to to the heat source 16, so that the heat source is sandwiched between the first and second elements. An optional insulator 18 (as described above) is arranged adjacent to the second element 14. Insulator 18 is also arranged adjacent to the base layer 20 described above. Alternatively, if the insulator is not used, the second element 14 is arranged next to the base layer 20. In one or more examples of the thermal regulation system 2c, the heat source 16 is provided separate and apart from the regulation system 2c. thermal.
Se ha descubierto que los materiales más delgados y más termoconductores tienden a presentar generalmente mayores ventajas en términos de capacidad de respuesta térmica, promoviendo eficiencias energéticas y limitando la variación en la superficie que se está controlando térmicamente.It has been found that thinner and more heat conductive materials generally tend to have greater advantages in terms of thermal responsiveness, promoting energy efficiencies and limiting variation in the surface area being thermally controlled.
El uso del sistema 2 en vehículos, como se describe en el presente documento, aumenta tanto la función como la eficiencia del vehículo al reducir el consumo de energía de la batería de a bordo. Calentar directamente a los ocupantes de un vehículo mediante el sistema 2 mejora su comodidad; aumentando así, en última instancia, la autonomía del vehículo sin sacrificar la comodidad en la cabina.The use of system 2 in vehicles, as described herein, increases both the function and the efficiency of the vehicle by reducing the power consumption of the on-board battery. Directly heating the occupants of a vehicle using system 2 improves their comfort; thus ultimately increasing the range of the vehicle without sacrificing comfort in the cabin.
Una ventaja de una realización que se incluye en el presente documento es que el ocupante puede experimentar una comodidad uniforme en todo su cuerpo, al estar expuesto a la superficie exterior 12. Otra ventaja puede incluir una eficiencia mejorada para el vehículo 6. La eficiencia eléctrica del sistema del vehículo se puede mejorar gracias a la alta conductividad térmica del regulador. Otra ventaja es una mejora en la respuesta térmica de la regulación de temperatura proporcionada por el sistema 2 de regulación térmica. De forma adicional, debido a la naturaleza anisotrópica del grafito flexible, la delgadez del elemento 14 de grafito también puede ahorrar peso con respecto a otros materiales para el elemento termoconductor que conserva energía.An advantage of an embodiment included herein is that the occupant can experience uniform comfort throughout his or her body, when exposed to the exterior surface 12. Another advantage can include improved efficiency for the vehicle 6. Electrical efficiency of the vehicle system can be improved thanks to the high thermal conductivity of the regulator. Another advantage is an improvement in the thermal response of the temperature regulation provided by the thermal regulation system 2. Additionally, due to the anisotropic nature of flexible graphite, the thinness of the graphite element 14 can also save weight relative to other materials for the energy conserving heat conductive element.
Con referencia ahora a las FIGS. 6-8, otros ejemplos del sistema 2d, 2e y 2f de regulación térmica, respectivamente, que se denominan en lo sucesivo generalmente sistema 2, puede incluir una fuente 66 de frío en lugar de o junto con la fuente de calor 16. Algunos ejemplos de la fuente 66 de frío pueden incluir, pero sin limitación, un fluido refrigerante (por ejemplo, agua, un fluido de agua y glicol), un fluido refrigerante, un dispositivo Peltier, o una fuente de frío residual. El controlador 30 usa uno o más sensores de temperatura 40 para controlar la fuente de energía que produce el frío proporcionado por la fuente de frío. El controlador 30 puede ser un controlador PID.Referring now to FIGS. 6-8, other examples of the thermal regulation system 2d, 2e and 2f, respectively, which are hereinafter generally referred to as system 2, may include a cold source 66 instead of or together with the heat source 16. Some examples The cold source 66 may include, but is not limited to, a cooling fluid (eg, water, a water-glycol fluid), a cooling fluid, a Peltier device, or a residual cold source. The controller 30 uses one or more temperature sensors 40 to control the power source that produces the cold provided by the cold source. Controller 30 may be a PID controller.
El sistema 2 puede incluir además aluminio, cobre u otros metales utilizados junto con el aislante 18 para mejorar la sensibilidad térmica y la capacidad de respuesta para promover la eficiencia energética del sistema de regulación térmica.System 2 may further include aluminum, copper or other metals used in conjunction with insulator 18 to improve thermal sensitivity and responsiveness to promote energy efficiency of the thermal regulation system.
El elemento 14 comprende una lámina de grafito flexible. Algunos ejemplos no limitantes de tipos adecuados de grafito flexible incluyen al menos una lámina de partículas comprimidas de grafito exfoliado (también conocido como grafito expandido), polímero grafitado y combinaciones de los mismos.Element 14 comprises a sheet of flexible graphite. Some non-limiting examples of suitable types of flexible graphite include at least one sheet of compressed particles of exfoliated graphite (also known as expanded graphite), graphitized polymer, and combinations thereof.
Otros ejemplos particulares de grafito flexible pueden incluir grafito flexible que tenga una constante térmica no superior a 0,25 W/K, determinándose la constante térmica al multiplicar el espesor del grafito flexible por la conductividad térmica en el plano del mismo. Otros ejemplos incluyen una constante térmica no superior a 0,20 W/K, no superior a 0,10 W/K, no superior a 0,05 W/K, no superior a 0,04 W/K, no superior a 0,02 W/K o no superior a 0,015 W/K.Other particular examples of flexible graphite may include flexible graphite having a thermal constant not greater than 0.25 W/K, the thermal constant being determined by multiplying the thickness of the flexible graphite by the in-plane thermal conductivity thereof. Other examples include a thermal constant not more than 0.20 W/K, not more than 0.10 W/K, not more than 0.05 W/K, not more than 0.04 W/K, not more than 0 0.02 W/K or not more than 0.015 W/K.
El sistema 2 puede comprender un segundo elemento 14 en comunicación térmica con la fuente de energía, en donde el segundo elemento puede disponerse debajo de la fuente de energía y el elemento puede disponerse encima de la fuente de energía.The system 2 may comprise a second element 14 in thermal communication with the power source, where the second element may be arranged below the power source and the element may be arranged above the power source.
Un componente opcional del sistema 2 puede comprender una capa aislante en comunicación térmica con al menos uno de la fuente de energía, el elemento, el elemento de transferencia térmica, y combinaciones de los mismos. An optional component of system 2 may comprise an insulating layer in thermal communication with at least one of the power source, element, heat transfer element, and combinations thereof.
La presente invención comprende una fuente de alimentación de tipo batería dispuesta en comunicación con la fuente de energía. Algunos ejemplos adecuados no limitantes de la fuente de alimentación incluyen una batería de iones de litio, una batería de plomo-ácido, una batería de magnesio o una pila de combustible. El tamaño preferido para la batería en esta aplicación es una dimensión adecuada para alimentar un vehículo.The present invention comprises a battery-type power source arranged in communication with the power source. Some suitable non-limiting examples of the power source include a lithium ion battery, a lead-acid battery, a magnesium battery, or a fuel cell. The preferred size for the battery in this application is a size suitable for powering a vehicle.
Otros ejemplos no limitantes de la fuente de energía térmica incluyen los siguientes: un elemento calefactor resistivo, recuperación de calor residual, un fluido de transferencia de energía térmica. Una realización de recuperación de calor residual puede ser el calor generado por un paquete de baterías de iones de litio durante su funcionamiento.Other non-limiting examples of the thermal energy source include the following: a resistive heating element, waste heat recovery, a thermal energy transfer fluid. One waste heat recovery embodiment may be the heat generated by a lithium ion battery pack during operation.
En una realización particular, la fuente de energía está en contacto con no más del veinticinco por ciento (25 %) del área superficial de una primera superficie del elemento. En otra realización, un área superficial de una primera superficie del elemento comprende al menos un veinticinco por ciento más que un área superficial de la fuente de energía.In a particular embodiment, the power source is in contact with no more than twenty-five percent (25%) of the surface area of a first surface of the element. In another embodiment, a surface area of a first surface of the element comprises at least twenty-five percent more than a surface area of the power source.
El elemento 14 también puede incluir un refuerzo adyacente a la lámina de grafito flexible. El refuerzo incluye al menos uno de un polímero reforzado con fibras, un tejido sintético, un tejido de fibras, una estera de fibras, o combinaciones de los mismos. El nailon es un ejemplo específico, no limitativo, de un refuerzo. Otro elemento opcional es que el artículo puede incluir un revestimiento protector. El revestimiento protector se puede alinear con una de la primera superficie o la segunda superficie del elemento de grafito. Si el revestimiento protector se alinea con la misma superficie de la lámina que el refuerzo, en una realización, el refuerzo queda adyacente a la lámina y el revestimiento protector queda adyacente al refuerzo. Si así se desea, el refuerzo y/o el revestimiento protector pueden cubrir al menos sustancialmente la totalidad de la superficie principal de la lámina, así como una o más superficies de borde de la misma. Algunos ejemplos de la capa protectora incluyen plásticos, tales como, pero sin limitación, tereftalato de polietileno (PET), poliimidas u otros plásticos adecuados. El revestimiento protector puede proporcionar la ventaja de aislar eléctricamente la lámina de grafito con respecto a otro componente. Si así se desea, el revestimiento protector puede incluir solo perforaciones.Element 14 may also include reinforcement adjacent to the flexible graphite sheet. The reinforcement includes at least one of a fiber reinforced polymer, a synthetic fabric, a fiber fabric, a fiber mat, or combinations thereof. Nylon is a specific, non-limiting example of a reinforcement. Another optional element is that the article may include a protective coating. The protective coating can be aligned with either the first surface or the second surface of the graphite element. If the protective coating is aligned with the same surface of the sheet as the backing, in one embodiment, the backing is adjacent to the sheet and the backing protector is adjacent to the reinforcement. If so desired, the reinforcement and/or protective coating may cover at least substantially the entire major surface of the sheet, as well as one or more edge surfaces thereof. Some examples of the protective layer include plastics, such as, but not limited to, polyethylene terephthalate (PET), polyimides, or other suitable plastics. The protective coating can provide the advantage of electrically insulating the graphite sheet from another component. If so desired, the protective coating may include only perforations.
En una realización alternativa, el revestimiento (también conocido como capa) protector/a puede estar en una superficie de la lámina opuesta al refuerzo. Por ejemplo, si el refuerzo está alineado con la primera superficie de la lámina, el revestimiento protector puede estar alineado con la segunda superficie de la lámina. Opcionalmente, el revestimiento protector se puede adherir a la segunda superficie. Una realización adicional particular incluye un segundo revestimiento protector, ubicado junto al refuerzo y opuesto a la lámina.In an alternative embodiment, the protective coating (also known as a layer) may be on a surface of the sheet opposite the reinforcement. For example, if the backing is flush with the first surface of the sheet, the protective coating may be flush with the second surface of the sheet. Optionally, the protective coating can be adhered to the second surface. A particular additional embodiment includes a second protective coating, located adjacent to the reinforcement and opposite the sheet.
Similarmente a cómo el revestimiento protector puede estar en ambas superficies exteriores del artículo, igualmente la capa de refuerzo puede estar a ambos lados de la lámina de grafito. En esta realización, el revestimiento protector puede estar situado en una o ambas superficies de grafito.Similar to how the protective coating can be on both outer surfaces of the article, likewise the reinforcing layer can be on both sides of the graphite foil. In this embodiment, the protective coating may be located on one or both of the graphite surfaces.
En una realización adicional, el artículo puede incluir una segunda lámina de grafito. La segunda lámina de grafito puede ser una lámina de partículas comprimidas de grafito exfoliado o una lámina de polímero grafitado. Preferentemente, en esta realización el refuerzo se ubica entre la primera lámina de grafito y la segunda lámina de grafito. La realización también puede incluir el revestimiento protector en la superficie exterior de la lámina, la segunda lámina de grafito, o ambas.In a further embodiment, the article may include a second sheet of graphite. The second sheet of graphite can be a sheet of compressed exfoliated graphite particles or a sheet of graphitized polymer. Preferably, in this embodiment the reinforcement is located between the first graphite sheet and the second graphite sheet. The embodiment can also include the protective coating on the outer surface of the sheet, the second sheet of graphite, or both.
Una ventaja de uno o más de los sistemas 2 descritos en el presente documento es una eficiencia energética mejorada, tal como una reducción en el uso de la fuente de energía para proporcionar energía térmica para la comodidad del ocupante del recinto. Además o en lugar de la ventaja de que se reduce el uso de la fuente de energía, otra ventaja de una o más de las realizaciones puede incluir una reducción en el tiempo que el sistema tarda en alcanzar la temperatura de estado estable. Otra ventaja puede incluir una homogeneidad, que puede ser un aumento en la homogeneidad de la temperatura experimentada por un ocupante del recinto sobre el área de superficie del recinto con el que el ocupante está en contacto, y/o el tiempo que el ambiente tarda en adoptar una temperatura homogénea. An advantage of one or more of the systems 2 described herein is improved energy efficiency, such as a reduction in the use of the power source to provide thermal energy for room occupant comfort. In addition to or instead of the advantage of reduced power source usage, another advantage of one or more of the embodiments may include a reduction in the time it takes for the system to reach steady state temperature. Another benefit may include homogeneity, which may be an increase in temperature homogeneity experienced by an enclosure occupant over the surface area of the enclosure with which the occupant is in contact, and/or the time it takes for the environment to cool down. adopt a homogeneous temperature.
Las realizaciones descritas en el presente documento se pueden usar en un sistema para lograr una temperatura deseada a una velocidad de al menos un veinticinco por ciento (25 %) más rápido que en un sistema que no incluya el regulador de energía. En otros casos, la reducción del tiempo para obtener la temperatura deseada puede ser al menos un treinta y cinco (35 %) por ciento más rápida que en un control sin el regulador de energía. En realizaciones adicionales, la mejora en la tasa de respuesta para lograr una temperatura deseada puede ser de hasta una reducción del cincuenta por ciento (50 %) en el tiempo de respuesta.The embodiments described herein can be used in a system to achieve a desired temperature at a rate at least twenty-five percent (25%) faster than in a system that does not include the power regulator. In other cases, the reduction in time to reach desired temperature may be at least thirty-five (35%) percent faster than a control without the power regulator. In further embodiments, the improvement in response rate to achieve a desired temperature can be up to a fifty percent (50%) reduction in response time.
Además, las realizaciones incluidas en el presente documento no solo pueden alcanzar la temperatura establecida (también conocida como temperatura deseada) más rápido, sino que lo harán consumiendo menos energía. Por ejemplo, las realizaciones divulgadas en el presente documento han incluido una reducción en el tiempo para alcanzar la temperatura establecida de al menos un veinticinco por ciento (25 %) mientras se consume un veinte (20 %) por ciento menos de energía. En una realización adicional, la reducción en el tiempo para alcanzar la temperatura establecida es de al menos un treinta y cinco (35 %) por ciento y la reducción en la energía consumida es de al menos un cuarenta (40 %) por ciento. En una realización adicional, la reducción en el tiempo para alcanzar la temperatura establecida es de al menos un cuarenta y cinco (45 %) por ciento y la reducción del consumo de energía es de al menos un cuarenta y cinco (45 %) por ciento.Furthermore, the embodiments included herein are not only able to reach the set temperature (also known as target temperature) faster, but will do so while consuming less power. For example, embodiments disclosed herein have included a reduction in time to reach set temperature of at least twenty five percent (25%) while consuming twenty (20%) percent less power. In a further embodiment, the reduction in time to reach set temperature is at least thirty-five (35%) percent and the reduction in energy consumed is at least forty (40%) percent. In a further embodiment, the reduction in time to reach set temperature is at least forty-five (45%) percent and the reduction in power consumption is at least forty-five (45%) percent. .
Otra ventaja de las realizaciones divulgadas en el presente documento puede incluir que, una vez alcanzada la temperatura establecida deseada, pueda mantenerse la misma durante un período de tiempo determinado con un menor consumo de energía. Por ejemplo, una vez alcanzada la temperatura establecida, puede mantenerse la misma durante un período de aproximadamente dos (2) horas con una reducción del consumo de energía de aproximadamente un diez (10(+)%) por ciento o más; preferentemente de aproximadamente un quince (15 %) o más. Another advantage of the embodiments disclosed herein may include that once the desired set temperature is reached, it can be maintained for a set period of time with reduced power consumption. For example, once the set temperature is reached, it can be maintained for a period of approximately two (2) hours with a reduction in energy consumption of approximately ten (10(+)%) percent or more; preferably about fifteen (15%) or more.
Las realizaciones divulgadas en el presente documento se pueden usar en un sistema para lograr una temperatura deseada a una velocidad de al menos un veinticinco por ciento (25 %) más rápido que en un sistema que no incluya los componentes del sistema de regulación de energía descritos en el presente documento. En otros casos, la reducción en el tiempo para obtener una temperatura deseada puede ser al menos un treinta y cinco (35 %) por ciento más rápida. En realizaciones adicionales, la reducción en el tiempo para obtener una temperatura deseada puede ser al menos un treinta y cinco (50 %) por ciento más rápida.The embodiments disclosed herein can be used in a system to achieve a desired temperature at a rate at least twenty-five percent (25%) faster than in a system that does not include the described power regulation system components. in the present document. In other cases, the reduction in time to obtain a desired temperature may be at least thirty-five (35%) percent faster. In further embodiments, the reduction in time to obtain a desired temperature can be at least thirty-five (50%) percent faster.
Otra ventaja de las realizaciones divulgadas en el presente documento puede incluir que, una vez alcanzada la temperatura establecida deseada, pueda mantenerse la misma durante un período de tiempo determinado con un menor consumo de energía. Por ejemplo, una vez alcanzada la temperatura establecida, puede mantenerse durante un período de aproximadamente dos (2) horas con una reducción del consumo de energía de aproximadamente un diez por ciento (10 %) o más; preferentemente de aproximadamente un quince por ciento (15 %) o más. Another advantage of the embodiments disclosed herein may include that once the desired set temperature is reached, it can be maintained for a set period of time with reduced power consumption. For example, once the set temperature is reached, it can be maintained for a period of approximately two (2) hours with a reduction in power consumption of approximately ten percent (10%) or more; preferably approximately fifteen percent (15%) or more.
Los sistemas 2 descritos en el presente documento se pueden utilizar en un método para fabricar un vehículo que tenga un sistema calefactor para ocupantes y, posteriormente, en otro método para calentar el vehículo. En un ejemplo de método para fabricar un vehículo, el vehículo es un vehículo eléctrico que tiene una batería, tal como una batería de iones de litio dimensionada para alimentar el vehículo. El método incluye colocar un elemento como se describe en el presente documento en comunicación térmica con un calefactor, y colocar el elemento y/o el calefactor en comunicación térmica con un material de transferencia de calor como se describe en el presente documento. El elemento calefactor se alimenta mediante una fuente de energía, y la aplicación de energía puede controlarse mediante un controlador como se describe en el presente documento. Los diversos componentes opcionales del sistema divulgado en el presente documento también son aplicables a los métodos anteriores.The systems 2 described herein can be used in one method of manufacturing a vehicle having an occupant heating system, and subsequently in another method of heating the vehicle. In an exemplary method of manufacturing a vehicle, the vehicle is an electric vehicle having a battery, such as a lithium ion battery sized to power the vehicle. The method includes placing an element as described herein in thermal communication with a heater, and placing the element and/or heater in thermal communication with a heat transfer material as described herein. The heating element is powered by a power source, and the power application may be controlled by a controller as described herein. The various optional components of the system disclosed herein are also applicable to the above methods.
Ejemplosexamples
La invención divulgada en el presente documento se describirá ahora adicionalmente en términos de los siguientes ejemplos. Dichos ejemplos se incluyen en el presente documento solo con fines ilustrativos y no pretenden limitar la materia objeto reivindicada.The invention disclosed herein will now be further described in terms of the following examples. Such examples are included herein for illustrative purposes only and are not intended to limit the claimed subject matter.
En la FIG. 9 se ilustra un equipo de prueba, que se muestra generalmente con la referencia 100, para probar al menos algunos de los ejemplos descritos en el presente documento. El equipo 100 de prueba incluye un armario exterior 105 y una cubierta 106. El armario 105 y la cubierta 106 pueden construirse con cualquier material adecuado. Si así se desea, el armario 105 y la cubierta 106 pueden aislar térmicamente la muestra de prueba con respecto al entorno exterior. El equipo de prueba puede incluir unos separadores 104. Los separadores, como se muestra, están construidos con material aislante, aunque la elección del material para los separadores no es un factor limitante. In FIG. 9 a test set is illustrated, generally shown as 100, for testing at least some of the examples described herein. Test set 100 includes an outer cabinet 105 and cover 106. Cabinet 105 and cover 106 may be constructed of any suitable material. If desired, cabinet 105 and cover 106 can thermally insulate the test sample from the outside environment. The test set may include spacers 104. The spacers, as shown, are constructed of insulating material, although the choice of material for the spacers is not a limiting factor.
El equipo 100 de prueba también incluye un recinto 101 que tiene un fondo 102 y una tapa 103, que se encaja en el recinto 101. El recinto está dimensionado para caber dentro del armario 105. Como material de construcción para el recinto 101 y la tapa 103 se utilizó aluminio, sin embargo, se pueden usar otros materiales para cualquiera de los dos o para ambos, si así se desea. En el equipo 100 de prueba se muestra un sistema 2c ilustrativo como se describe en el presente documento. El sistema 2c incluye dos capas aislantes 18 inferiores. El sistema 2c mostrado incluye dos elementos 14, tal y como se ha descrito en el presente documento. El calefactor 16 incluye un cable calefactor 108 y un sensor 110. El cable calefactor 108 puede estar alimentado por una fuente de alimentación eléctrica, tal como una batería (no mostrada).The test set 100 also includes an enclosure 101 having a bottom 102 and a lid 103, which snaps into the enclosure 101. The enclosure is sized to fit inside the cabinet 105. As material of construction for the enclosure 101 and the lid 103 aluminum was used, however other materials may be used for either or both if desired. An illustrative system 2c is shown in test kit 100 as described herein. System 2c includes two lower insulating layers 18. The shown system 2c includes two elements 14, as described herein. The heater 16 includes a heating wire 108 and a sensor 110. The heating wire 108 may be powered by an electrical power source, such as a battery (not shown).
El equipo de prueba incluye una alfombrilla de caucho (comúnmente conocida como alfombrilla para suelo de vehículo) como elemento 10 de transferencia de calor y un sensor 110 de temperatura, dispuesto en una superficie superior 12 de la alfombrilla 10. El sensor 110 está en comunicación con un controlador (no mostrado). Este sistema se colocó encima la superficie 22 del fondo del recinto y en contacto con la misma.The test set includes a rubber mat (commonly known as a vehicle floor mat) as the heat transfer element 10 and a temperature sensor 110, disposed on an upper surface 12 of the mat 10. The sensor 110 is in communication with a controller (not shown). This system was placed on top of and in contact with the bottom surface 22 of the enclosure.
En la prueba ilustrativa A, se probó el sistema 2a como se muestra en la FIG. 3, que incluye un elemento sintético 14 de 10 micras dispuesto encima del calefactor 16 y un aislante 18 de espuma de poliuretano dispuesto debajo del calefactor, utilizando el equipo 100 de prueba.In illustrative test A, system 2a was tested as shown in FIG. 3, including a 10 micron synthetic element 14 arranged above heater 16 and polyurethane foam insulation 18 arranged below the heater, using test set 100.
Un producto de ejemplo realizado por el sistema 2a puede ser una alfombrilla de suelo calentada. Tal superficie de alfombrilla descansaría sobre un calefactor de resistencia con un elemento, p. ej., una lámina de grafito sintético, colocado encima de la superficie de calefactor y el resto de este conjunto descansaría sobre el suelo de cabina de automóvil y estaría aislado con una barrera aislante térmica adecuada. El ejemplo incorporó el uso de un elemento 14 de película de grafito sintético que tenía un espesor de 10 micras, revestido en cada lado con una fina capa de película de PET (~0,05 mm). Tales películas de grafito revestidas están comercializadas como eGraf® SS1800-0,010 (constante térmica 0,018 W/K) por Advanced Energy Technologies LLC, Lakewood, Ohio. El elemento 14 se colocó encima de un elemento calefactor 16 resistivo comercial, tal como el comercializado por Dorman con número de producto 641-307, que tiene una resistencia interna de 4 O. El elemento calefactor 16 se colocó encima de un material aislante 18 adecuado, tal como una capa de espuma de poliuretano soplado con un espesor de aproximadamente 6 mm (sin comprimir), y todo ello descansaba sobre una superficie 20 fría como se muestra. La temperatura de la superficie fría en el equipo 100 de prueba se mantuvo a 0 °C y se controló activamente la temperatura superficial a 18 °C mediante un controlador PID, tal como un Extech 48VFL (ajustado de forma independiente y optimizado para este caso concreto de calefacción), para alcanzar una temperatura superficial (18 °C) de un material de poliuretano delgado tal como el elemento de transferencia térmica 10.An example product made by system 2a may be a heated floor mat. Such a mat surface would rest on a resistance heater with an element, e.g. eg, a sheet of synthetic graphite, placed on top of the heater surface and the remainder of this assembly would rest on the car cabin floor and be insulated with a suitable thermal insulating barrier. The example incorporated the use of a synthetic graphite film element 14 having a thickness of 10 microns, coated on each side with a thin layer of PET film (~0.05 mm). Such coated graphite films are available as eGraf® SS1800-0.010 (thermal constant 0.018 W/K) from Advanced Energy Technologies LLC, Lakewood, Ohio. Element 14 was placed on top of a commercial resistive heating element 16, such as that sold by Dorman under product number 641-307, which has an internal resistance of 4 Ω. Heating element 16 was placed on top of a suitable insulating material 18 , such as a layer of blown polyurethane foam with a thickness of about 6 mm (uncompressed), and all resting on a cold surface as shown. The cold surface temperature in the test set 100 was maintained at 0°C and the surface temperature at 18°C was actively controlled by a PID controller such as an Extech 48VFL (independently tuned and optimized for this particular case). heating), to reach a surface temperature (18 °C) of a thin polyurethane material such as the heat transfer element 10.
En la FIG. 10 se muestra un gráfico de las temperaturas frente al tiempo, y de la potencia frente al tiempo, para un control que no incluía el elemento termoconductor 14. Como se muestra, la energía/potencia 200 se suministra de manera controlada al elemento calefactor 16 mediante el controlador (no mostrado). La temperatura de refrigerante se muestra con la referencia 202. La temperatura del recinto 101 se muestra con la referencia 204. El cambio (A) en la temperatura del aire en el recinto 101, que es la temperatura en el recinto 204 menos la temperatura 202 de refrigerante, se muestra con la referencia 206. La temperatura en la parte superior de la capa aislante 18 se muestra con la referencia 208. La temperatura del elemento de transferencia térmica 10 se muestra con la referencia 210. La temperatura del elemento 2de transferencia térmica 10 menos la temperatura 202 de refrigerante se muestra con la referencia 212.In FIG. 10 shows a graph of temperatures vs. time, and power vs. time, for a control that did not include the heat conductive element 14. As shown, energy/power 200 is delivered in a controlled manner to heating element 16 by the controller (not shown). The refrigerant temperature is shown as 202. The temperature of room 101 is shown as 204. The change (A) in the air temperature in room 101, which is the temperature in room 204 minus the temperature 202 of refrigerant, is shown as 206. The temperature at the top of the insulating layer 18 is shown as 208. The temperature of the heat transfer element 10 is shown as 210. The temperature of the heat transfer element 2 10 minus the coolant temperature 202 is displayed with the reference 212.
En la FIG. 11 se muestra un gráfico de las temperaturas y la potencia frente al tiempo para el ejemplo A, ilustrándose los elementos similares a los del gráfico de la FIG. 10 con números de referencia similares. En este ejemplo, se observó que la velocidad de calentamiento desde el estado inicial de 0 °C hasta la temperatura superficial objetivo de 18 °C del elemento de transferencia se logró en 6,8 minutos, un 46,0 % más rápido que en una versión de control de este ejemplo en la que no se emplea el elemento 14 de grafito. También se observó que la energía total consumida por este proceso de calefacción desde el estado inicial hasta la temperatura superficial objetivo fue de 6,3 W h, lo que supuso un 46,2 % menos de energía total consumida que en el control sin el elemento 14. Se utilizó un controlador PID para mantener a 18 °C la temperatura del elemento de transferencia durante un periodo de 1,85 horas, mientras que la temperatura del banco de pruebas se mantuvo a 0 °C. La energía total consumida durante ese intervalo fue de 60,97 W h, que fue un 15 % menos de energía total consumida durante ese intervalo que en el control.In FIG. 11 a graph of temperatures and power vs. time is shown for Example A, illustrating similar elements to the graph of FIG. 10 with similar reference numbers. In this example, it was observed that the rate of heating from the initial state of 0 °C to the target surface temperature of 18 °C of the transfer element was achieved in 6.8 minutes, 46.0% faster than in a control version of this example in which element 14 graphite is not used. It was also observed that the total energy consumed by this heating process from the initial state to the target surface temperature was 6.3 Wh, which was 46.2% less total energy consumed than the control without the element. 14. A PID controller was used to maintain the transfer element temperature at 18°C for a period of 1.85 hours, while the test bed temperature was maintained at 0°C. The total energy consumed during that interval was 60.97 Wh, which was 15% less total energy consumed during that interval than in the control.
En otra prueba ilustrativa B, se probó el sistema 2c mostrado en la FIG. 5, que incluye un primer elemento 14 de grafito sintético de 10 micras dispuesto directamente encima del calefactor 16, un segundo elemento 14 de grafito sintético de 10 micras dispuesto directamente debajo del calefactor, y un aislante 18 de espuma de poliuretano dispuesto debajo del segundo elemento (frente al calefactor 16), usando un equipo 100 de prueba.In another illustrative test B, the system 2c shown in FIG. 5, including a first element 14 of 10 micron synthetic graphite disposed directly above heater 16, a second element 14 of 10 micron synthetic graphite disposed directly below the heater, and polyurethane foam insulation 18 disposed below the second element. (in front of the heater 16), using a test set 100.
Esta realización usa dos capas separadas de elementos 14 de película de grafito sintético que funcionan como los reguladores de energía descritos en el presente documento. Los elementos 14 tienen un espesor de 10 micrómetros y están revestidos en cada lado con una fina película de PET (~0,05 mm). Dichos elementos 14 revestidos están comercializados como eGRAF® SS1800-0,010 (constante térmica 0,018 W/K) por Advanced Energy Technologies LLC. En este ejemplo, el elemento calefactor 16 resistivo fue el mismo que en el Ejemplo A, que está comercializado por Dorman con el número de producto 641-307, que tiene una resistencia interna de 4 O. El elemento calefactor 16 estaba intercalado entre los dos elementos 14 separados. Todos los elementos mencionados anteriormente, estaban aislados con respecto a la estructura de armario 105 y colocados encima de un material aislante 18 adecuado, tal como una capa de espuma de poliuretano soplado con un espesor de aproximadamente 6 mm, y descansando sobre una superficie 22 fría. La temperatura de la superficie 22 fría se mantuvo a 0 °C y se controló activamente la temperatura superficial a 18 °C mediante un controlador PID, tal como un Extech 48VFL ajustado de forma independiente y optimizado para este caso concreto de calefacción, para alcanzar una temperatura superficial de un material de superficie de poliuretano delgado tal como el elemento de transferencia térmica 10.This embodiment uses two separate layers of synthetic graphite film elements 14 that function as the power regulators described herein. The elements 14 have a thickness of 10 microns and are coated on each side with a thin PET film (~0.05 mm). Such coated elements 14 are available as eGRAF® SS1800-0.010 (thermal constant 0.018 W/K) from Advanced Energy Technologies LLC. In this example, the resistive heating element 16 was the same as in Example A, which is available from Dorman under product number 641-307, which has an internal resistance of 4 Ω. The heating element 16 was sandwiched between the two 14 separate elements. All the elements mentioned above, were insulated with respect to the cabinet structure 105 and placed on top of a suitable insulating material 18, such as a layer of blown polyurethane foam with a thickness of approximately 6 mm, and resting on a cold surface 22 . The temperature of the cold surface 22 was maintained at 0°C and the surface temperature at 18°C was actively controlled by a PID controller, such as an independently tuned Extech 48VFL optimized for this particular heating case, to achieve a surface temperature of a thin polyurethane surface material such as the heat transfer element 10.
En la FIG. 12 se muestra un gráfico de las temperaturas frente al tiempo, y de la potencia frente al tiempo, ilustrándose los elementos similares a los del gráfico de la FIG. 10 con números de referencia similares. Se observó que la velocidad de calentamiento desde el estado inicial de 0 °C hasta la temperatura superficial objetivo de 18 °C del asiento se logró en 5,8 minutos, un 54,0 % más rápido que en una versión de control de este escenario en la que no se emplea la película de grafito. Se observó que la energía total consumida por este proceso de calefacción desde el estado térmico inicial hasta la temperatura superficial objetivo fue de 5,9 W h, lo que supuso un 49,6% menos de energía total consumida que en el control sin el elemento. La temperatura objetivo se mantuvo dinámicamente a 18 °C según lo regulado por el controlador PID durante un período de 1,85 horas, en contacto continuo con el banco de pruebas a la temperatura inicial de 0 °C como entorno general, siendo la energía total consumida durante ese intervalo 68,1 W h, que fue un 5,0 % menos de energía total consumida durante ese intervalo que en el control.In FIG. 12 shows a graph of temperatures vs. time, and power vs. time, illustrating similar elements to the graph of FIG. 10 with similar reference numbers. The rate of heating from the initial 0°C state to the 18°C target surface temperature of the seat was observed to be achieved in 5.8 minutes, 54.0% faster than a control version of this scenario. in which the graphite film is not used. It was observed that the total energy consumed by this heating process from the initial thermal state to the target surface temperature was 5.9 Wh, which represented 49.6% less total energy consumed than in the control without the element. . The target temperature was dynamically maintained at 18 °C as regulated by the PID controller for a period of 1.85 hours, in continuous contact with the test bench at the initial temperature of 0 °C as a general environment, the total energy being consumed during that interval 68.1 Wh, which was 5.0% less total energy consumed during that interval than in the control.
En otra prueba ilustrativa C, se probó el sistema 2b mostrado en la FIG. 4, que incluye un elemento 14 de grafito sintético de 10 micras dispuesto directamente debajo del calefactor 16 y un aislante 18 de espuma de poliuretano dispuesto debajo del elemento (frente al calefactor 16 ), utilizando el equipo 100 de prueba. In another illustrative test C, the system 2b shown in FIG. 4, including a 10 micron synthetic graphite element 14 disposed directly below heater 16 and polyurethane foam insulation 18 disposed below the element (in front of heater 16 ), using test set 100.
En este ejemplo, la superficie del calefactor 16 está en contacto directo con el elemento de transferencia térmica 10 que forma el material de la superficie. El elemento 14 se formó con una película de grafito sintético que tenía un espesor de 10 micras y una conductividad térmica de 1800 W /m K (constante térmica 0,018 W/K) que se revistió adicionalmente en cada lado con una capa delgada de película PET (0,05 mm de espesor), estando disponibles comercialmente tal película de grafito como se indicó anteriormente en los ejemplos A y B. En esta realización, el elemento 14 se colocó en la parte inferior del calefactor resistivo 16 comercial, que era el mismo calefactor usado en los Ejemplos A y B. El calefactor 16 y el elemento 14 se colocaron debajo del elemento de transferencia térmica 10, que iba a ser calentado y aislado con respecto a la base del armario colocando encima del mismo un material aislante 18 de capa de espuma de poliuretano soplado de aproximadamente 6 mm (sin comprimir). A continuación, se colocó todo el conjunto sobre una superficie 20 fría. La temperatura del equipo 100 de prueba se controló activamente a 0 °C y la temperatura superficial se controló a 18 °C de forma independiente mediante un controlador PID, tal como un Extech 48VFL (ajustado de forma independiente y optimizada para el ejemplo de calefacción particular en cuestión), para alcanzar la temperatura superficial anteriormente mencionada del elemento 12 de transferencia térmica de poliuretano. En este ejemplo, se observó que la velocidad de calentamiento desde el estado inicial de 0 °C hasta la temperatura objetivo de 18 °C de la superficie 12 se logró en 9,3 minutos, un 26,2 % más rápido que en una versión de control de este ejemplo sin el elemento 14.In this example, the surface of the heater 16 is in direct contact with the heat transfer element 10 which forms the surface material. Element 14 was formed from a synthetic graphite film having a thickness of 10 microns and a thermal conductivity of 1800 W/m K (thermal constant 0.018 W/K) that was further coated on each side with a thin layer of PET film. (0.05mm thick), such graphite film being commercially available as noted above in Examples A and B. In this embodiment, element 14 was placed on the bottom of commercial resistive heater 16, which was the same heater used in Examples A and B. The heater 16 and element 14 were placed below the heat transfer element 10, which was to be heated and insulated from the base of the cabinet by placing on top of it an insulating layer 18 material. of blown polyurethane foam of approximately 6 mm (uncompressed). The entire assembly was then placed on a cold surface. The temperature of the test set 100 was actively controlled at 0°C and the surface temperature was controlled at 18°C independently by a PID controller, such as an Extech 48VFL (independently set and optimized for the particular heating example). in question), to reach the aforementioned surface temperature of the polyurethane heat transfer element 12. In this example, it was observed that the rate of heating from the initial state of 0°C to the target temperature of 18°C of the surface 12 was achieved in 9.3 minutes, 26.2% faster than in a version control in this example without item 14.
En la FIG. 13 se muestra un gráfico de las temperaturas y la potencia frente al tiempo, ilustrándose los elementos similares a los del gráfico de la FIG. 10 con números de referencia similares. También se observó que la energía total consumida por este proceso de calefacción desde la temperatura inicial de 0 °C hasta la temperatura superficial objetivo de 18 °C fue de 9,28 W h, lo que supuso un 20,5 % menos de energía total consumida que en el control para las mismas condiciones. La temperatura objetivo se mantuvo dinámicamente a 18 °C según lo regulado por el controlador PID durante un período de 1,85 horas, en contacto continuo con la temperatura ambiental circundante de 0 °C, siendo la energía total consumida durante ese intervalo 71,7 W h, lo que no tuvo un impacto significativo en la energía total en relación con el control. Al colocar el elemento 14 de grafito en la base como se describe en esta realización, el elemento permite que el calefactor admita la aceleración de la velocidad de calentamiento y cierto ahorro de energía (en intervalos cortos), como se indica. También proporciona el beneficio de gradientes de temperatura ligeramente más altos en la superficie calentada. Esto puede tener un impacto al soportar una calidad de calentamiento más notable para un pasajero que esté en contacto con la superficie 12.In FIG. 13 a graph of temperatures and power versus time is shown, illustrating elements similar to those in the graph of FIG. 10 with similar reference numbers. It was also observed that the total energy consumed by this heating process from the initial temperature of 0 °C to the target surface temperature of 18 °C was 9.28 Wh, which was 20.5% less total energy consumed than in the control for the same conditions. The target temperature was dynamically maintained at 18°C as regulated by the PID controller for a period of 1.85 hours, in continuous contact with the surrounding ambient temperature of 0°C, with the total energy consumed during that interval being 71.7 W h, which did not have a significant impact on total energy relative to control. By placing the graphite element 14 in the base as described in this embodiment, the element allows the heater to support heating rate acceleration and some energy savings (in short intervals), as indicated. It also provides the benefit of slightly higher temperature gradients across the heated surface. This may have an impact in supporting a more noticeable quality of heating for a passenger in contact with the surface 12.
En otra prueba ilustrativa D, se probó el sistema 2a mostrado en la FIG. 3, que incluye una lámina de 40 micras de espesor de partículas comprimidas de grafito exfoliado (CPEG) que se utiliza como elemento 14 dispuesto encima del calefactor 16, y un aislante 18 de espuma de poliuretano dispuesto debajo del calefactor, utilizando el equipo 100 de prueba.In another illustrative test D, the system 2a shown in FIG. 3, including a 40 micron thick sheet of compressed exfoliated graphite (CPEG) particles used as element 14 arranged above heater 16, and polyurethane foam insulation 18 arranged below the heater, using equipment 100 of proof.
Un producto ilustrativo incorporado por este sistema puede ser una alfombrilla de suelo con calefacción o un asiento con calefacción. Tal superficie de alfombrilla descansaría sobre un calefactor de resistencia con un elemento de grafito natural colocado encima de la superficie del calefactor, y este conjunto descansaría sobre el suelo 20 de cabina de automóvil y estaría aislado con un aislante térmico 18 adecuado. Un ejemplo de este tipo incorpora el uso de una película eGRAF® SS 400 CPEG como elemento 14, que tiene un espesor de 40 micras, revestida en cada lado con una fina capa de película de PET (~0,05 mm). Tal película de grafito revestida está comercializada como SS400-0,040 (constante térmica 0,016 W/K) por Advanced Energy Technologies LLC. La película 14 de grafito se coloca encima del calefactor resistivo 16 comercial, tal como el comercializado por Dorman con número de producto 641-307, que tiene una resistencia interna de 4 O, que se dispone encima de un material aislante 18 adecuado. En este ejemplo, el aislante 18 es una capa de espuma de poliuretano soplado con un espesor de aproximadamente 6 mm (sin comprimir). Este conjunto se dispone apoyado sobre una superficie 22 fría. La temperatura en el equipo 100 de prueba se mantuvo a 0 °C y se controló activamente a 18 °C la temperatura objetivo de la superficie del elemento 12 de transferencia térmica mediante un controlador PID, tal como un Extech 48VFl (ajustado de manera independiente y optimizada para el ejemplo de calefacción en cuestión). El elemento de transferencia térmica 10 era un material de poliuretano. En la FIG. 14 se muestra un gráfico de las temperaturas y la potencia frente al tiempo, ilustrándose los elementos similares a los del gráfico de la FIG. 10 con números de referencia similares. En este ejemplo, se observó que la velocidad de calentamiento desde el estado inicial de 0 °C hasta la temperatura objetivo de 18 °C del elemento de transferencia térmica se logró en 6,6 minutos, un 47,6 % más rápido que en una versión de control de este ejemplo en la que no se empleó el elemento 14 de grafito. Se observó que, en este ejemplo, la energía total consumida por este proceso de calefacción desde el estado inicial hasta la temperatura superficial objetivo fue de 6,1 W h, lo que supuso un 47,9 % menos de energía total consumida que en el control. La temperatura objetivo se mantuvo dinámicamente a 18 °C según lo regulado por el controlador PID durante un período de 1,85 horas, en contacto continuo con la temperatura inicial de 0 °C como entorno general, siendo la energía total consumida durante ese intervalo 61,9 W h, que fue un 13,6 % menos de energía total consumida durante ese intervalo que en el control. Esta realización proporciona un calentamiento rápido de la temperatura superficial de la alfombrilla y un aislamiento térmico de la superficie calentada para aislarla frente a la pérdida de calor debido a la estructura de cabina fría que se encuentra debajo. El uso de elementos de grafito de alta conductividad térmica en este contexto permite mejoras de calidad térmica, que conllevan las mejoras de eficiencia energética descritas.An illustrative product incorporated by this system may be a heated floor mat or heated seat. Such a mat surface would rest on a resistance heater with a natural graphite element placed on top of the heater surface, and this assembly would rest on the automobile cabin floor 20 and be insulated with a suitable heat insulator 18 . One such example incorporates the use of an eGRAF® SS 400 CPEG film as element 14, having a thickness of 40 microns, coated on each side with a thin layer of PET film (~0.05mm). Such a coated graphite film is available as SS400-0.040 (thermal constant 0.016 W/K) from Advanced Energy Technologies LLC. The graphite film 14 is placed on top of a commercial resistive heater 16, such as that sold by Dorman under product number 641-307, having an internal resistance of 4 0, which is placed on top of a suitable insulating material 18. In this example, the insulation 18 is a layer of blown polyurethane foam with a thickness of approximately 6 mm (uncompressed). This assembly is arranged resting on a cold surface 22 . The temperature in the test set 100 was maintained at 0°C and the target temperature of the surface of the heat transfer element 12 was actively controlled at 18°C by a PID controller, such as an Extech 48VFl (independently set and controlled). optimized for the heating example in question). The heat transfer element 10 was a polyurethane material. In FIG. 14 shows a graph of temperatures and power vs. time, illustrating similar elements to the graph of FIG. 10 with similar reference numbers. In this example, it was observed that the rate of heating from the initial state of 0 °C to the target temperature of 18 °C of the heat transfer element was achieved in 6.6 minutes, which is 47.6% faster than in a control version of this example in which element 14 graphite was not used. It was observed that, in this example, the total energy consumed by this heating process from the initial state to the target surface temperature was 6.1 Wh, which was 47.9% less total energy consumed than in the example. control. The target temperature was dynamically maintained at 18 °C as regulated by the PID controller for a period of 1.85 hours, in continuous contact with the initial temperature of 0 °C as a general environment, with the total energy consumed during that interval being 61 .9 W h, which was 13.6% less total energy consumed during that interval than the control. This embodiment provides rapid heating of the surface temperature of the mat and thermal insulation of the heated surface to insulate it against heat loss due to the cold cabin structure below. The use of graphite elements with high thermal conductivity in this context allows improvements in thermal quality, which entail the energy efficiency improvements described.
En otra prueba ilustrativa E, se probó el sistema 2a mostrado en la FIG. 3, que incluye una lámina de aluminio de 125 micras de espesor que se utiliza como elemento 14 dispuesto encima del calefactor 16, y un aislante 18 de espuma de poliuretano dispuesto debajo del calefactor, utilizando el equipo 100 de prueba.In another illustrative test E, the system 2a shown in FIG. 3, including a 125 micron thick aluminum sheet used as element 14 arranged above heater 16, and polyurethane foam insulation 18 arranged below heater, using test set 100.
Un producto ilustrativo incorporado por este sistema puede ser una alfombrilla de suelo con calefacción o un asiento con calefacción. Tal alfombrilla o asiento que forma el elemento de transferencia térmica 10 descansaría sobre un calefactor 16 de resistencia con un elemento 14 de aluminio colocado encima de la superficie del calefactor, y este conjunto descansaría sobre el suelo 20 de cabina de automóvil y estaría aislado con un aislante térmico 18 adecuado. Un ejemplo de este tipo incorporaría el uso de un elemento termoconductor 14 de conservación de energía de aluminio con un espesor de 125 micras, revestido en cada lado con una fina capa de película de PET (~0,05 mm). En este ejemplo, el elemento 14 de aluminio se colocó encima del calefactor resistivo 16 comercial mencionado anteriormente que tiene una resistencia interna de 4 O, asentado encima de una capa de espuma de poliuretano soplado como material aislante 18 de aproximadamente 6 mm de espesor (sin comprimir). Este conjunto se colocó sobre una superficie 20 fría. La temperatura del equipo de prueba se mantuvo a 0 °C y se reguló activamente a 18 °C la temperatura superficial del elemento 12 de transferencia térmica mediante un controlador PID, tal como un Extech 48VFL (ajustado de manera independiente y optimizada para el escenario de calefacción en cuestión), para alcanzar una temperatura superficial de 18 °C en la superficie 12 del elemento de transferencia térmica 10.An illustrative product incorporated by this system may be a heated floor mat or heated seat. Such a mat or seat that forms the heat transfer element 10 would rest on a resistance heater 16 with an aluminum element 14 placed on top of the heater surface, and this assembly would rest on the automobile cabin floor 20 and would be insulated with a adequate thermal insulation 18. One such example would incorporate the use of a 125 micron thick aluminum energy conserving heat conductive element 14, coated on each side with a thin layer of PET film (~0.05mm). In this example, the aluminum element 14 was placed on top of the aforementioned commercial resistive heater 16 having an internal resistance of 4 0, sitting on top of a layer of blown polyurethane foam as insulating material 18 approximately 6 mm thick (without compress). This assembly was placed on a cold surface. The test set temperature was maintained at 0°C and the surface temperature of the heat transfer element 12 was actively regulated to 18°C by a PID controller, such as an Extech 48VFL (independently tuned and optimized for the test scenario). heating in question), to achieve a surface temperature of 18 °C on the surface 12 of the heat transfer element 10.
En la FIG. 15 se muestra un gráfico de las temperaturas y la potencia frente al tiempo, ilustrándose los elementos similares a los del gráfico de la FIG. 10 con números de referencia similares. En este ejemplo, se observó que la velocidad de calentamiento desde el estado inicial de 0 °C hasta la temperatura superficial objetivo de 18 °C del asiento se logró en 11,0 minutos, un 12,7 % más rápido que en una versión de control de este ejemplo en la que no se emplea el elemento 14 de aluminio. También se observó que la energía total consumida por este proceso de calefacción desde el estado inicial hasta la temperatura superficial objetivo fue de 10,2 W h, lo que supuso un 12,8 % menos de energía total consumida que en el control. Cabe señalar además que la temperatura objetivo se mantuvo dinámicamente a 18 °C según lo regulado por el controlador PID durante un período de 1,85 horas, en contacto continuo con la temperatura inicial de 0 °C como entorno general, siendo la energía total consumida durante ese intervalo 70,7 W h, que fue un 1,4 % menos de energía total consumida durante ese intervalo que en el control. Esta realización proporcionaría un calentamiento rápido de la temperatura superficial de la alfombrilla o del asiento y un aislamiento térmico de la superficie 12 calentada para aislarla frente a la pérdida de calor debido a la estructura 20 de cabina fría que se encuentra debajo. El uso de elementos 14 de aluminio de alta conductividad térmica en este contexto permite mejoras de calidad térmica, que conllevan las mejoras de eficiencia energética descritas. En aplicaciones en las que la ligereza de peso y la velocidad de calentamiento no sean primordiales, son aceptables las mejoras de eficiencia de energía siempre que se trate de autonomías relativamente cortas.In FIG. 15, a graph of temperatures and power versus time is shown, illustrating similar elements to the graph of FIG. 10 with similar reference numbers. In this example, it was observed that the rate of heating from the initial state of 0 °C to the target surface temperature of 18 °C of the seat it was achieved in 11.0 minutes, 12.7 % faster than a control version of this example that did not use the aluminum element 14. It was also observed that the total energy consumed by this heating process from the initial state to the target surface temperature was 10.2 Wh, which was 12.8% less total energy consumed than the control. It should also be noted that the target temperature was dynamically maintained at 18 °C as regulated by the PID controller for a period of 1.85 hours, in continuous contact with the initial temperature of 0 °C as a general environment, with the total energy consumed being during that interval 70.7 Wh, which was 1.4% less total energy consumed during that interval than in the control. This embodiment would provide rapid heating of the mat or seat surface temperature and thermal insulation of the heated surface 12 to insulate against heat loss due to the cold cab structure 20 below. The use of aluminum elements 14 with high thermal conductivity in this context allows improvements in thermal quality, which entail the energy efficiency improvements described. In applications where light weight and speed of heating are not paramount, energy efficiency improvements are acceptable as long as relatively short runtimes are involved.
En la Tabla 1 se proporciona un sumario de los resultados de los Ejemplos A-E. A summary of the results of Examples AE is provided in Table 1.
La descripción anterior está destinada a permitir que los expertos en la materia pongan en práctica la invención. No se pretende detallar todas las posibles variaciones y modificaciones que resultarán evidentes para los mismos al leer la descripción. El alcance de la invención está definido por las siguientes reivindicaciones. The foregoing description is intended to enable those skilled in the art to put the invention into practice. It is not intended to detail all possible variations and modifications that will be apparent to those reading the description. The scope of the invention is defined by the following claims.
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